基于CLIMEX的柑橘冬生疫霉在我國的適生性研究

馬 菲， 龔國祥， 何友元， 邱國強(qiáng)， 王振華*

(1. 中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院植物檢疫研究所，北京 100029；2. 湖北出入境檢驗(yàn)檢疫局，武漢 430050)

基于CLIMEX的柑橘冬生疫霉在我國的適生性研究

馬 菲1， 龔國祥2， 何友元1， 邱國強(qiáng)2， 王振華2*

(1. 中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院植物檢疫研究所，北京 100029；2. 湖北出入境檢驗(yàn)檢疫局，武漢 430050)

柑橘冬生疫霉(PhytophthorahibernalisCarne)是我國進(jìn)境植物檢疫性有害生物，主要危害柑橘類作物，在我國尚未有分布報(bào)道。本研究在柑橘冬生疫霉的生物學(xué)數(shù)據(jù)和中國748個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用CLIMEX 2.0和ArcGIS 9.0軟件對柑橘冬生疫霉在我國的適生程度和適生范圍進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明：柑橘冬生疫霉在我國的適生性較高，適生范圍涉及20個(gè)省、市(區(qū))，其中，中、高度適生區(qū)分布于浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西、四川、重慶、云南、貴州、湖北、臺灣、香港。本研究明確了柑橘冬生疫霉在我國的適生性，對科學(xué)制訂針對該菌的檢疫政策和措施、防范其入侵和進(jìn)一步擴(kuò)散具有重要意義。

柑橘冬生疫霉； CLIMEX； ArcGIS； 適生性

柑橘冬生疫霉(PhytophthorahibernalisCarne)是我國進(jìn)境植物檢疫性有害生物，寄主包括9科11屬的植物，主要危害柑橘類作物(Citrusspp.)[1-2]，包括甜橙、臍橙、橘子、沙柑、檸檬等。該菌是柑橘果實(shí)褐腐病的主要病原之一，在柑橘采收前后均可造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，尤其是在雨季。柑橘果實(shí)、葉片、小枝都可被侵染，可導(dǎo)致果實(shí)褐腐，葉部和小枝枯萎。受侵染果實(shí)味苦，具腐臭味[3]。果實(shí)受害，損失可達(dá)75%。橘早熟品種尤易感病，不同種類柑橘作物受侵染程度不同，柑、橘的葉、果均受侵染，而檸檬主要是葉部受侵染[4]。該菌在澳大利亞西部的柑橘果實(shí)上首次發(fā)現(xiàn)[4]，后來在歐洲、美洲、非洲、亞洲的國家都有報(bào)道[2]，在我國尚無分布報(bào)道。

我國柑橘資源豐富，優(yōu)良品種繁多,其種植面積居世界第一，產(chǎn)量居世界第二。柑橘類作物是我國南方省份栽培面積最廣、最具經(jīng)濟(jì)重要性的果樹品種之一[5]。隨著中國加入WTO，農(nóng)產(chǎn)品市場逐步放開，美國、巴西等柑橘發(fā)達(dá)國家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品也紛紛涌入國門，國際間的學(xué)術(shù)交流也正日新月異，對外引種或種質(zhì)交換亦日益頻繁，這使有害生物在地區(qū)及國際間傳播的風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。

CLIMEX軟件是在適生性評估研究中應(yīng)用最為廣泛的一種，其他常用的還有DIVA-GIS、MaxEnt、GARP等。CLIMEX的最初版本發(fā)布于1985年，現(xiàn)已推出3.0.2版。CLIMEX可根據(jù)某物種的已知地理分布及相對豐度來估計(jì)該物種的氣候條件，最常使用的是直接使用物種生長發(fā)育的生物學(xué)參數(shù)對物種的分布區(qū)進(jìn)行預(yù)測。我國學(xué)者應(yīng)用CLIMEX對多種昆蟲、病害、雜草、線蟲等有害生物在中國的適生性進(jìn)行了大量研究，如紅火蟻、棗實(shí)蠅、蜜柑大實(shí)蠅、蘋果蠹蛾、黑脂大小蠹、家木小蠹、苜蓿籽象甲、檳櫛盾蚧、新菠蘿灰粉蚧、扶桑綿粉蚧、三葉草斑潛蠅、小麥矮腥黑穗病、櫟樹猝死病菌、香蕉枯萎病、大豆北方莖潰瘍病菌、松材線蟲、黃頂菊等[6-22]。

目前國內(nèi)外尚無柑橘冬生疫霉適生性分析的研究報(bào)道。開展柑橘冬生疫霉在我國的適生性分析研究，明確該菌在我國的適生范圍和適生程度，對決策部門制訂和布置針對該菌的檢疫政策和措施、防止其入侵和進(jìn)一步傳播擴(kuò)散、保護(hù)我國柑橘作物的生產(chǎn)具有重要意義。本文利用已報(bào)道的柑橘冬生疫霉的生物學(xué)和地理分布資料，采用CLIMEX模型和ArcGIS的插值、疊加功能對柑橘冬生疫霉在我國的適生性進(jìn)行了分析研究。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)資料

1.1.1 柑橘冬生疫霉生物學(xué)資料

柑橘冬生疫霉在原產(chǎn)地澳大利亞，以卵孢子越夏，冬季5-6月份的雨季后在土中形成分生孢子，并隨風(fēng)傳播。病菌潛伏期約為10 d。濕度大的季節(jié)受侵染部位常發(fā)生二次侵染，最后在落葉和落果上再次產(chǎn)生卵孢子。10月左右氣溫上升，侵染終止[4]。故該菌喜冷涼氣候和高濕度。病菌生長的最低溫度低于5 ℃，最適溫度為15 ℃，最高溫度低于25 ℃[4,23]。

1.1.2 氣候數(shù)據(jù)資料

本研究中運(yùn)用的CLIMEX(v2.0)后臺數(shù)據(jù)庫內(nèi)自帶全球大約2 500個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料。中國氣象數(shù)據(jù)資料由中國國家氣象局提供，包括748個(gè)氣象站點(diǎn),自1971-2000年的地面氣候資料，包括完整月平均氣溫、月最高溫、月最低溫、月平均降水量和月平均濕度。

1.1.3 寄主數(shù)據(jù)資料

柑橘冬生疫霉的寄主已報(bào)道的還有杜鵑、紅花、芝麻、番茄、蘋果、葡萄、貝殼杉、雪松、茄子等，但侵染部位是葉部、小枝或根部，未見危害果實(shí)的報(bào)道[3,23-24]。該菌的主要寄主為柑橘類作物，其侵染果實(shí)造成果腐，還常常導(dǎo)致二次侵染(主要是Oosporacitri-aurantii侵染);其侵染枝葉，導(dǎo)致落葉和枝枯(尤其是檸檬)[4]，故本研究中只考慮柑橘冬生疫霉的主要寄主柑橘類作物在我國的分布情況。

從農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司和信息中心聯(lián)合主辦的中國種植業(yè)信息網(wǎng)(http:∥zzys.moa.gov.cn)的水果數(shù)據(jù)庫中，對2010年我國柑橘種植面積及產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果表明，我國柑橘主要種植于華東、華南、西南、中南的省份，包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、廣東、廣西、海南、重慶、四川、貴州、云南、西藏、河南、湖北、湖南，以及西北的陜西、甘肅;而東北(遼寧、吉林、黑龍江)、華北(北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古)、華東的山東、西北的青海、寧夏、新疆沒有種植記錄[25]，在本研究中認(rèn)為是非寄主分布區(qū)域。在以上數(shù)據(jù)庫中，尚未統(tǒng)計(jì)臺灣地區(qū)的柑橘種植情況，而柑橘也是臺灣重要的果樹產(chǎn)業(yè)之一，與香蕉、菠蘿合稱為臺灣三大青果[26]。

1.1.4 地理信息數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，明確了柑橘冬生疫霉在全球的地理分布情況。在柑橘冬生疫霉的原產(chǎn)地澳大利亞，據(jù)報(bào)道在西澳大利亞、南澳大利亞、昆士蘭、維多利亞州有分布。目前該菌分布于非洲(南非)、亞洲(以色列)、澳大利亞、歐洲、北美洲(美國加利福尼亞州)、中美洲加勒比海地區(qū)、南美洲(阿根廷、巴西、委內(nèi)瑞拉)[23]。中國國界、省界電子地圖來自于中國基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站，比例尺為1∶400萬。

1.2 分析軟件及方法

本研究采用澳大利亞科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)2004年開發(fā)的CLIMEX 2.0以及美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)開發(fā)的ArcGIS 9.0進(jìn)行預(yù)測分析。CLIMEX 軟件雖然現(xiàn)已升級至3.0版本，但本研究采用其中的“compare locations(1 species)”模塊功能相較最新版本并無區(qū)別，故仍采用了CLIMEX 2.0進(jìn)行研究。

根據(jù)文獻(xiàn)中柑橘冬生疫霉的生物學(xué)資料，并參考CLIMEX自帶的溫帶地區(qū)的參數(shù)值，初步確定CLIMEX分析所需要的各項(xiàng)參數(shù)。然后參照柑橘冬生疫霉的實(shí)際地理分布，調(diào)試氣候參數(shù)值，并考慮模型中提供的灌溉參數(shù)設(shè)置，最終確定本研究中的參數(shù)值。以最終的參數(shù)值運(yùn)行CLIMEX軟件，結(jié)果用生態(tài)氣候指數(shù)(EI)表示，其值越小，表明該地區(qū)越不適合該物種的生存，值越大則表明該地區(qū)越適合該物種的生存。

本研究中，將適生區(qū)劃分為4個(gè)程度的區(qū)域：EI=0為非適生區(qū)，即柑橘冬生疫霉在該地區(qū)不適生；020為高度適生區(qū)，即柑橘冬生疫霉在該地區(qū)極易定殖。

CLIMEX模型的計(jì)算結(jié)果只能以“點(diǎn)”圖的形式顯示，缺乏直觀性，故又結(jié)合ArcGIS軟件，以CLIMEX的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行反距離權(quán)重法空間插值分析，并疊加我國國界和省界圖，得到柑橘冬生疫霉在我國的適生范圍和適生程度的直觀圖。

2 結(jié)果

2.1 CLIMEX預(yù)測參數(shù)值

CLIMEX一共預(yù)設(shè)了42個(gè)生物學(xué)參數(shù)，根據(jù)柑橘冬生疫霉的相關(guān)生物學(xué)數(shù)據(jù)和實(shí)際的地理分布等因素，本研究使用了其中的17個(gè)基本參數(shù)項(xiàng)，調(diào)試確定了CLIMEX參數(shù)(表1)。

表1CLIMEX預(yù)測柑橘冬生疫霉在中國潛在地理分布的參數(shù)

Table1TheparametersforpredictingthepotentialgeographicaldistributionofPhytophthorahibernalisinChinabasedontheCLIMEX

CLIMEX參數(shù)Parameter參數(shù)值Parametervalue發(fā)育限制性低溫DV0Lowertemperaturethreshold3適宜溫度下限D(zhuǎn)V1Loweroptimumtemperature10適宜溫度上限D(zhuǎn)V2Upperoptimumtemperature18發(fā)育限制性高溫DV3Uppertemperaturethreshold23發(fā)育需要的最低土壤濕度SM0Lowersoilmoisturethreshold0．1適宜的土壤濕度下限SM1Loweroptimalsoilmoisture0．75適宜的土壤濕度上限SM2Upperoptimalsoilmoisture1．75發(fā)育需要的土壤最高濕度SM3Uppersoilmoisturethreshold2冷脅迫開始累積閾值TTCSColdstresstemperaturethreshold2冷脅迫累積速率THCSColdstressaccumulatedrate-0．1熱脅迫開始累積閾值TTHSHeatstresstemperaturethreshold36熱脅迫累積速率THHSHeatstressaccumulatedrate0．005干脅迫開始累積閾值SMDSDrystresstemperaturethreshold0．1干脅迫累積速率HDSDrystressaccumulatedrate-0．005濕脅迫開始累積閾值SMWSSoilmoisturethreshold2濕脅迫開始累積速率HWSWetstressaccumulatedrate0．002發(fā)育有效積溫PDDEffectiveaccumulatedtemperature380

在參數(shù)調(diào)試過程中，主要以該菌在原產(chǎn)地澳大利亞的地理分布點(diǎn)作為比對對象，并以其他大洲的實(shí)際地理分布點(diǎn)作為參考，同時(shí)涵蓋現(xiàn)有報(bào)道的地理分布區(qū),實(shí)現(xiàn)最大程度擬合。由于柑橘冬生疫霉原產(chǎn)于澳大利亞，在西澳大利亞、南澳大利亞、昆士蘭、維多利亞州有分布報(bào)道[4]，在本預(yù)測范圍中涵蓋這些地區(qū)。另外其他大洲有報(bào)道的國家和地區(qū)也都涵蓋在本研究預(yù)測的范圍中，包括美國加利福尼亞州、以色列、南非、阿根廷、巴西、委內(nèi)瑞拉，以及歐洲和中美洲地區(qū)(圖1)。

圖1 CLIMEX預(yù)測柑橘冬生疫霉在世界范圍氣象站點(diǎn)的EI值

2.2 柑橘冬生疫霉在我國的適生范圍和適生程度

經(jīng)CLIMEX預(yù)測，在中國748個(gè)站點(diǎn)中，柑橘冬生疫霉的潛在適生(EI>0)站點(diǎn)有212個(gè)，占全國總站點(diǎn)數(shù)的28%。其中，柑橘冬生疫霉的高度適生區(qū)(EI>20)的站點(diǎn)有101個(gè)，占全國總站點(diǎn)數(shù)的14%；中度適生區(qū)(10

圖2 CLIMEX預(yù)測柑橘冬生疫霉在中國及周邊國家氣象站點(diǎn)的EI值

利用ArcGIS軟件的插值功能，將預(yù)測得到的EI值進(jìn)行插值分析，得到柑橘冬生疫霉在我國的潛在適生范圍及適生程度圖(圖3)。

圖3 柑橘冬生疫霉在我國的適生范圍和適生程度

由圖可見，柑橘冬生疫霉在我國的適生區(qū)主要集中在南方省份。其中高度適生區(qū)主要分布于浙江南部、福建北部、江西大部、湖南南部、廣東北部、廣西北部、四川和重慶相鄰部分、云南和貴州的局部地區(qū)；中度適生區(qū)主要分布于浙江和湖北局部、江西北部局部、福建南部局部、湖南北部、廣東南部大部、廣西南部大部、貴州大部、四川局部、重慶局部、云南局部、臺灣北部、香港；低度適生區(qū)主要分布于江蘇南局部、上海、安徽南局部、湖北大部、陜西南局部、甘肅南局部、四川局部、西藏局部、云南大部、廣西和廣東零星局部、海南大部、臺灣中部和南部。

3 討論

本研究應(yīng)用CLIMEX適生性分析軟件，根據(jù)柑橘冬生疫霉的生物學(xué)特性和已報(bào)道的地理分布區(qū)來預(yù)測該菌在我國的生態(tài)氣候指數(shù)(EI)，并以EI值來描述其在我國的適生程度，CLIMEX軟件的預(yù)測結(jié)果又通過ArcGIS的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了由點(diǎn)到面的過渡，提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和直觀性。預(yù)測結(jié)果的適生范圍比實(shí)際分布范圍要大，除了與柑橘冬生疫霉未被充分監(jiān)測鑒定到外，與各國積極開展柑橘病害的檢疫管理、控制病害的進(jìn)一步發(fā)生擴(kuò)散有很大關(guān)系。

根據(jù)以上研究和分析，柑橘冬生疫霉在我國的適生性較高，適生范圍涉及20個(gè)省、市(區(qū))，而且主要在我國柑橘的主產(chǎn)區(qū)，中、高度適生區(qū)主要集中在西南、華南省份，這些省份和地區(qū)的氣候條件適宜柑橘冬生疫霉的傳播和定殖，一旦傳入，將對我國柑橘種植業(yè)造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)影響。目前，我國已與澳大利亞、南非、以色列、美國、阿根廷、西班牙等該菌疫區(qū)國家簽署了柑橘輸華議定書，而且還有繼續(xù)加強(qiáng)柑橘進(jìn)口的趨勢，該病菌隨柑橘貿(mào)易傳入我國的可能性較大，檢驗(yàn)檢疫部門在進(jìn)境柑橘類水果中，要加強(qiáng)該病菌的現(xiàn)場檢疫和實(shí)驗(yàn)室檢測，保護(hù)我國柑橘業(yè)的生產(chǎn)和生態(tài)安全。

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ThepotentialgeographicdistributionofPhytophthorahibernalisCarnebasedontheCLIMEXinChina

Ma Fei1， Gong Guoxiang2， He Youyuan1， Qiu Guoqiang2， Wang Zhenhua2

(1.InstituteofPlantQuarantine,ChineseAcademyofInspectionandQuarantine，Beijing100029，China；2.HubeiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau，Wuhan430050，China)

PhytophthorahibernalisCarne is one of the plant quarantine pests in China, which can damage citrus crops and have not been reported in China. The potential geographic distribution ofP.hibernaliswas studied by using CLIMEX and ArcGIS, based on the biological data ofP.hibernalisand meteorological data from 748 weather sites in China. The results showed that the suitable areas ofP.hibernalisinvolved 20 provinces, municipalities and autonomous regions, in which Zhejiang, Fujian, Jiangxi, Hunan, Guangdong, Guangxi, Sichuan, Chongqing, Yunnan, Guizhou, Hubei, Taiwan, and Xianggang were moderately or highly suitable areas. This study defined the potential geographic distribution ofP.hibernalisin China, which is important for making scientific quarantine policy and measures, and preventing invasion and further spread ofP.hibernalis.

Phytophthorahibernalis； CLIMEX； ArcGIS； potential geographic distribution

2013-10-14

：2014-02-07

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科研項(xiàng)目(2010IK251)

S 41-30

：ADOI：10.3969/j.issn.0529-1542.2014.05.026

* 通信作者 E-mail: wzhciq@163.com